김연한 한국천문연구원 태양우주환경연구그룹 그룹장 ㅣ 입력 2011-02-28 12:09:32 / 수정 2011-03-05 11:17:54

최근 태양활동이 점차 활발해 지면서 태양활동이 지구에 미치는 영향에 세간의 관심이 높다. 최근 개봉되어 관심을 끌었던 영화 <2012>에서는 태양활동에 의한 지구대재앙이 소재가 됐고, 특히 태양활동 극대기가 2012년 근처라는 사실과 연관되어 태양활동에 대한 국민들의 관심이 더욱 커진 것 같다.

이런 가운데 미국항공우주국(NASA)은 최근의 발표를 통하여 “현재 태양활동이 비교적 잠잠하지만 2013년이 되면 강력한 플레어가 발생해 태양폭풍이 발생할 것이며, 그에 따라 허리케인 카트리나 때보다 20배는 더 큰 경제적인 피해가 예상된다”고 발표했다.

그렇다면 과연 영화 <2012>에서처럼 태양활동에 의해 인류는 대규모의 재앙을 직면하게 될 것인가? 아니면 NASA의 경고처럼 대규모 재앙은 아니더라도 큰 경제적인 피해가 초래될 것인가?

태양활동, 지구에 미치는 영향

태양은 우리가 맨눈으로 보듯이 조용하지 않으며 태양표면에서 검게 보이는 흑점(sunspot) 근처에서 종종 강력한 폭발현상이 일어나기도 한다. 이러한 태양표면의 강력한 폭발은 많은 태양물질이 지구-태양사이 공간으로 쏟아져 나오게 한다. 우리는 태양표면의 폭발현상(플레어)과 그와 동시에 쏟아져 나오는 태양물질(CME; coronal mass ejection)을 통틀어 태양폭풍이라고 한다.

우리가 플레어라고 부르는 현상은 서로 반대방향의 자기력선이 만나서 일어나는 폭발현상으로 감마선, X-선, 자외선 같은 강한 에너지의 빛을 방출한다. 강한 플레어의 빛은 지구대기를 이온화 시켜 일시적으로 전리층의 밀도와 고도를 변화시키게 된다. 그리고 대기를 팽창시킬 수도 있다.

따라서 전리층을 이용한 원거리 통신이나 전리층을 투과하게 되는 위성통신에 잡음을 증가시키거나 심한 경우 통신두절이 일어날 수 있다. 또한 차량용 네비게이션은 물론 선박이나 항공기의 네비게이션에 광범위하게 활용되는 GPS 신호에 에러를 증가시켜 교통체계에 혼란을 야기할 수 있다.

대기팽창은 저궤도 인공위성에 대한 대기마찰력의 증대로 위성의 궤도변화를 일으키기도 한다. 보통 강력한 플레어에서 발생하는 고에너지 입자의 흐름은 수시간 내에 지구근처까지 도달하게 되는데 인공위성의 태양전지판을 손상시키거나 컴퓨터 메모리의 고장을 일으켜 인공위성의 수명단축이나 오작동을 유발한다.

한편, 태양물질(CME) 방출은 대개 강력한 태양폭발 2~3일 후에 지구에 도달하여 지구자기장을 교란하고 고위도 지역에 오로라를 일으킨다. 지구자기장 교란에 의해 유도된 지전류는 지상의 전력시스템에 장애를 주어 정전을 일으키거나 송유관을 부식시켜 경제적 손실을 유발할 수 있다.

강력한 태양활동이 있을 때, 극궤도를 운항하는 항공기 승객들은 과다한 우주방사선에 노출이 예상된다. 극 지역은 지구자기장이 열려있기 때문에 태양폭풍에 의한 고에너지 입자의 유입이 쉽기 때문이다.

또한 강한 플레어 발생시 고에너지 입자 플럭스가 급격히 증가하므로 이러한 입자들에 의한 세포내 염색체 변형에 의한 암 유발 가능성이 증대된다. 따라서 강한 태양폭풍 발생시에는 극항로를 이용한 항공기 여행은 가능한 한 피하는 것이 좋다.

지구재앙, 과연 일어날까?

영화 <2012>에서는 거대한 태양활동에서 방출된 뉴트리노(태양 중심부에서 일어나는 핵융합반응에 의해서 발생하는 중성미자)가 지구내부의 온도를 급격하게 상승시켜 대규모의 지각변동을 유발하고 그로인해 인류가 대재앙을 맞게 된다는 내용을 소개하고 있다. 소개된 거대한 태양활동 현상은 소호(SOHO; SOlar Heliospheric Observatory)위성에서 관측된 CME였고 실제로 CME가 방출될 때 다량의 뉴트리노가 방출된다는 근거는 없으며 보통 CME와 동반하여 발생하는 플레어 폭발에서 뉴트리노가 방출된다 하더라도 영화에서처럼 지구 내부의 물질과 상호작용을 일으켜 지구내부를 가열시키기는 어려울 것으로 보인다.

그리고 대부분의 학자들은 이번 태양활동 극대기를 2013년 5월경으로 예측하고 있는데 이러한 태양활동의 증가는 전혀 새로운 현상이 아니며 평균 11년을 주기로 인류가 태양관측을 시작한 이래로 계속 되풀이 되고 있는 자연현상이다. 더욱이 최근의 자료를 보면, 이번 규모는 지난 극대기에 비해 상당히 작을 것이라고 예측하고 있다.

반면, 우리 인류가 전자기기 등 첨단기술의 부산물들에 의존하는 정도는 점차 커져가고 있기 때문에 비록 다음 태양활동 극대기의 규모가 지난 극대기에 비해 작다고는 하지만 그 영향은 보다 광범위할 수 있다.

이를테면 지난 태양활동 극대기인 2001년에 비해 지금은 각 개인의 생활면에서 개인 이동통신에 대한 의존도나 교통에 있어서 항법장치에 대한 의존도가 급격히 증가되어 있는 상태이다. 또한 인류의 우주활동도 다양해져 있는 현실이다. 따라서 그에 대한 대비가 적절히 이루어지지 않는다면 2013년경에 닥치게 될 태양활동 극대기에는 태양폭풍에 의한 피해가 통신, 항법, 군사 등 국가 기간시설은 물론 개인의 일상생활에 까지 그야말로 광범위한 영역에 걸쳐 나타날 것이다.

태양폭풍, 대비책은 없는가?

태양폭풍의 영향은 사실 개인의 일상생활 보다는 군이나 방송사, 통신사업자, 위성운용자 등 국가 기간시설의 운용에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 개인의 일상생활에서는 일시적인 불편함을 감수하면 되겠지만, 국가 기간시설 운용자나 사업자의 경우에는 그에 따른 막대한 경제적 피해가 예상되기 때문이다.

우선, 개인들은 예상되는 통신장애에 대비하여 태양폭풍이 있을 때에는 가급적 이동통신이나 위성통신의 사용을 피하고 유선통신을 활용하여야 할 것이다. 그리고 위성으로부터의 신호에 의존하는 항법장치들은 신뢰성에 문제가 있으므로 사용에 유의해야 한다. 가까운 예로 차량용 네비게이션이 해당된다. 국외여행 시에는 극항로를 통한 항공편의 이용을 자제하는 것이 좋다.

국가적 측면에서는 태양폭풍에 의한 영향을 예측하는 시스템을 국가주도로 구축해야 한다. 국가에서 제공하는 기상정보가 태풍과 같은 자연재해에 대비하는데 꼭 필요한 것처럼 미래사회에서 태양폭풍에 의한 경제적 손실을 최소화하고 인류가 안전한 생활을 영위하는데 태양폭풍을 감시하고 예측하는 시스템은 반드시 필요한 요소다.

특히 인공위성의 경우 강력한 태양폭풍이 예상될 때에는 최소의 임무만을 수행하도록 하는 안전조치가 반드시 취해져야만 한다. 위성운영자나 무선통신사업자, 항공회사 등은 지금까지의 사례들로부터 학습된 바에 따라 태양폭풍에 대한 대비를 적절히 할 때, 그 피해는 최소화 될 수 있을 것이다.

우주환경 예보를 위해서는

현재 한국천문연구원에서는 태양활동과 그에 따른 우주환경 변화를 항상 감시하고 있으며 초보적인 우주환경예보를 수행하고 있다. 과학기술문명의 발전과 함께 태양활동의 인류 활동에 대한 영향이 급격하게 증가하고 있으며 이러한 영향을 다루는 연구분야가 “우주환경(space environment 또는 space weather)”이다. 우주환경은 지구대기 상에서 일어나는 기상현상과는 달리 태양, 태양풍 공간, 자기권, 고층대기 등 보다 넓은 우주공간의 물리적인 상태를 말한다. 태양활동은 우주환경에 급격한 변화를 일으키는 주범이다. 보다 정확한 태양폭풍에 의한 우주환경예보를 위해서는 더 많은 투자와 연구가 필요한 시점이다.